Verfahren zur Herstellung von haliumkarbonat und hydraulischem Zement aus kaliunibalti;eu Silikatmineralien. Es ist bekannt, dass Feldspat und andere kaliumhaltigen Silikatminerialien durch Kalk oder kalkhaltige Stoffe aufgeschlossen werden können, falls die Mineralien in fein pulveri siertem Zustand finit dem Kalk gemischt und die Mischung auf eine Temperatur von 1000" C oder mehr erhitzt werden.
Dadurch werden basische Kali-Kalk-Alunilnosilikate gebildet, deren Zusammensetzung durch die folgende allgemeine Formel empirisch bezeichnet wer den kann: K20, Na20. Ca0 "" AI-20a ", Si 02,.
In diesen Verbindungen kann ein Teil der Tonerde durch Eisensesquioxyd Fez0s und ein Teil des Kalkes durch Magnesiumoxyd MgO oder andere basische Oxyde zweiwerti ger Metalle ersetzt sein.
Im glühenden Zustand der Mischung ist Lias Alkali lose gebunden, und das chemische Band ist desto loser, je mehr die Kalkmenge, die Basizität, vergrössert und ebenfalls je mehr die Temperatur gesteigert wird. Nach Kühlen der Mischung kann, wie bekannt, ein grüf,lerer oder kleinerer Teil des Kalis abge- spalten und Wasser gelöst werden.
Falls die Temperatur auf 1-100 .C oder noch mehr gesteigert wird, tritt eine derartige Reaktion ein, daf,) das Kali von dem Kalk ausgetrieben und vergast wird. Diese Reak tion ist iii dem Patent Nr. 64425 beschrieben.
Bei der Ausführung dieses Prozesses in grof ein :@I@I; tabe muss inan indessen erheb lich hüliere Temperaturen und zwar bis auf 1450" C bis 1500" C oder mehr verwenden. Diese hohen Temperaturen verteuern den ProzeL') wesentlich.
Der Erfinder hat indessen gefunden, dafä das Kali in sehr einfacher Weise leicht und vollständig in Gasform schon bei sehr niedri gen Temperaturen abgeschieden werden kann. Dieses Verfahren besteht darin, dafi inan der Mischung von Kalk und kaliumhaltigein DIi- neral eine bestimmte,
gewtilinlich geringe Menge fein zerteilter Kohle oder eines koh- lenhaltigen Stoffes hinzusetzt, wonach die Dlischu g in einer Kohlensäure enthaltenen Atmosphäre erhitzt wird.
Vorausgesetzt, dass zum Beispiel Kalifeld spat (Orthoklas) in reiner Form und reines Calcilimkarbonat verwendet werden, verläuft die Reaktion summarisch wie folgt: K2O#A1203#6Si0z + CaC03+3C0+2C+O:: =C30 #A1203 # 6Si0z+K2C03 -1- 4C0+COa. Es ist indessen empfehlenswert, in der Praxis wenigstens fünfmal das dem Kali äquivalente Gewicht an Kalk zu verwenden.
Das Rohmaterial erhält unter diesen Um ständen folgende Zusammensetzung K20. t11203 #6Si0z--[-5CaC03+2C woraus ersichtlich ist, dass der Kohlengehalt wenigstens etwa 2,5 % betragen soll. In der Praxis wird indessen zweckmässig eine Menge Kohle verwendet,
die 4 bis 10 % des Roh- materials beträgt.
Bei der Verwendung grösserer Mengen Kohle, als es die für die Reaktion theoretisch erforderliche ist, wird natürlich die über schüssige Meng e zu Kohlensäure verbrannt.
Die Reaktion verläuft desto schneller und vollständiger, je mehr die Kohle fein zerteilt ist. Bei Verwendung von Koks,-Steinkohlen, Anthrazit oder dergleichen sollen sie so fein gemahlen werden, dass sie durch ein Draht gewebe mit 5000 Maschen pro Quadratcenti- meter vollständig hindurchgehen.
Statt Kohle kann man, wie erwähnt, eine geeignete kohlenhaltige Substanz, einen or ganischen Stoff, wie Sägespäne oder derglei chen, verwenden.
Statt eines kaliumhaltigen Silikatminerals, was auch natürlich derartige Mineralien eilt haltende Bergarten umfasst, können auch weniger vollständig verwitterte Produkte derartiger Mineralien und Bergarten, -wie kalihaltige Tone, Tonschiefer und dergleichen, verwendet werden.
Die an den Kalk gebundene Kohlensäure entweicht schon, bevor die Temperatur der oben beschriebenen Reaktion erreicht worden ist, und nimmt somit keinen Teil an der Reaktion.
Bei gleichzeitiger Herstellung von Kalium karbonat und hydraulischem Zement (Port landzement) wird am besten eine so grosse Menge Kalk - C30 - benutzt werden, dass das Verhältnis zwischen dem Kalk und dem ganzen Gehalt der Mischung an Kiesel säure und Sesquioxyden (der sogenannte hY- draulisclie Modul
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mindestens<B>1-7</B> beträgt.
In der Praxis wird indessen zweckmässig ein Modul von etwa 2.1 angewendet. Vorausgesetzt, dafi reine Bestandteile verwendet werden, werden die Reaktion und die relativen 31eiigen etwa wie folgt:
K20 # A1203 # 6Si0z -f-17 CaCOa - f- 3C0:: 1- 2C =17 Ca0.A1203#6Si0_+K::
CO3-@4C0+17 C0@. Wie aus dieser Gleichung hervorgeht, be trägt die Kohlenmenge, die für die Reaktion erforderlich ist - wobei die Kohlensäure als von dem Ofenbrennstoff herrührend angeijoiii- men wird - theoretisch genommen etwa 1,5O 1ä der Rohmischling. Wie oben crw@ihnt. it e;
indessen ztvuclzniähiger, eine grössere Kohlun- menge und somit auch hier eine Kohlenmenge zli verwenden, die 4 bis 10 0, '0 des (-ewichtes der Rollmischung beträgt. Die Stenge des Ofenbrennstoffes kann dabei ini Verhältnis zu dieser Vergrösserung vermindert werden.
Da die kalihaltigen Silikatmineralien häufig eine wesentliche Menge freier Kieselsäure in der Form von Quarz enthalten und da in folgedessen der sogenannte Silikatmodul (das Verhältnis zwischen der Kieselsäure - 3i0= einerseits und dem ganzen Gehalt an Sesqui- oxyden: A1203+Fe:,>0a anderseits) häufig ein wenig zu gross wird, ist es dabei zweckmässig, der Rohmischung geringe Mengen Eisenoxyde (Eisenerz oder dergleichen) oder sehn ton erdellaltige Stoffe (wie Bauxit oder derglei chen) hinzuzusetzen.
Derartige Verfahren sind in der Zementchemie wohlbekannt.
Die Temperatur ist natürlich bei dein vorliegenden Prozess so hoch zu treiben und das Brennen während so langer Zeit fortzu setzen, dass ein wohlgebrannter Zement er halten wird. Deshalb werden je nach den Umständen Temperaturen von etwa 1250 0 bis 1400 0 C erforderlich. Es ist ausserdem von Bedeutung, dass die Temperatur und die Brennzeit zur Erreichung eines, praktisch genommen,- kalifreien Zementes genügen, weil seine Beschaffenheit sonst nicht tadellos aus fällt.
Der Prozess kann zweckmässig in Öfen derselben Art, die man bei der gewöhnlichen Zementbrennung anwendet, ausgeführt wer den. Das Kaliumkarbonat entweicht dabei in der Form eines fein zerteilten Rauches, der zweckmässig derart aufgesammelt und ge wonnen wird, dass die Brenngase - vorteil haft nach Kühlung - in entsprechender Weise in innige Berührungmit Wassergebraeht werden, wonach das in das Wasser aufge nommene Kaliumkarbonat durch Eindampfen der Lösung erhalten wird.
Bei der Ausführung des Prozesses in Schachtöfen muss das Rohmaterial in geeig neter Weise brikettiert werden. Dies kann zweckmässig derart bewerkstelligt werden, dass das Rohmaterial, mit Kalkmilch zu einem festen Teig gefeuchtet, in geeigneter Weise brikettiert wird.
Man kann auch zur Durchführung des Prozesses elektrische Öfen von zweckdien licher Bauart verwenden, wobei jedoch na türlich Kohlensäure oder, falls der Kohlen gehalt der Brikette genügend gross ist, eine genügende Menge Luft zuzuführen ist. Die Temperatur darf selbstredend in keinem Fall so hoch getrieben werden, dass die Mineral- stoffe schmelzen und von der Kohle geschie den werden, weil dadurch natürlich jede chemische Reaktion unmöglich wäre. .
Process for the production of halium carbonate and hydraulic cement from kaliunibalti; eu silicate minerals. It is known that feldspar and other potassium-containing silicate minerals can be digested by lime or lime-containing substances if the minerals are finely mixed with the lime in a finely pulverized state and the mixture is heated to a temperature of 1000 "C or more.
This forms basic potash-lime-aluminum silicates, the composition of which can be empirically identified by the following general formula: K20, Na20. Ca0 "" AI-20a ", Si 02 ,.
In these compounds, part of the clay can be replaced by iron sesquioxide FezOs and part of the lime by magnesium oxide MgO or other basic oxides of divalent metals.
In the glowing state of the mixture, Lia's alkali is loosely bound, and the chemical bond is looser the more the amount of lime, the basicity, is increased and also the more the temperature is increased. After cooling the mixture, as is known, a larger, smaller or smaller part of the potash can be split off and water dissolved.
If the temperature is raised to 1-100 ° C. or more, such a reaction occurs that,) the potash is expelled from the lime and gasified. This reaction is described in patent no. 64425.
When performing this process in large a: @ I @ I; In the meantime, however, tabe must use considerably higher temperatures, up to 1450 "C to 1500" C or more. These high temperatures make the process much more expensive.
The inventor has found, however, that the potash can be deposited in a very simple manner easily and completely in gaseous form even at very low temperatures. This procedure consists in the fact that in the mixture of lime and potassium-containing mineral a certain,
an occasionally small amount of finely divided coal or a carbonaceous substance is added, after which the mixture is heated in an atmosphere containing carbon dioxide.
Assuming that, for example, Kalifeld spat (orthoclase) in pure form and pure calcilim carbonate are used, the reaction proceeds as follows: K2O # A1203 # 6Si0z + CaC03 + 3C0 + 2C + O :: = C30 # A1203 # 6Si0z + K2C03 - 1- 4C0 + COa. It is, however, advisable to use at least five times the weight of lime equivalent to potash in practice.
Under these circumstances, the raw material is given the following composition K20. t11203 # 6Si0z - [- 5CaC03 + 2C from which it can be seen that the carbon content should be at least about 2.5%. In practice, however, a large amount of coal is expediently used,
which is 4 to 10% of the raw material.
If larger amounts of coal are used than is theoretically required for the reaction, the excess amount is of course burned to carbonic acid.
The more the coal is finely divided, the faster and more complete the reaction. When using coke, coal, anthracite or the like, they should be ground so finely that they completely pass through a wire mesh with 5000 meshes per square centimeter.
Instead of coal, as mentioned, a suitable carbon-containing substance, an organic substance such as sawdust or the like, can be used.
Instead of a potassium-containing silicate mineral, which of course also includes mountain types that hold such minerals in a hurry, less completely weathered products of such minerals and mountain types, such as potash clays, slate and the like, can be used.
The carbonic acid bound to the lime escapes before the temperature of the reaction described above has been reached and therefore does not take part in the reaction.
When producing potassium carbonate and hydraulic cement (portland cement) at the same time, it is best to use such a large amount of lime - C30 - that the ratio between the lime and the total amount of silicic acid and sesquioxyden in the mixture (the so-called hydraulic system module
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is at least <B> 1-7 </B>.
In practice, however, a module of around 2.1 is best used. Assuming that pure ingredients are used, the reaction and relative properties will be something like this:
K20 # A1203 # 6Si0z -f-17 CaCOa - f- 3C0 :: 1- 2C = 17 Ca0.A1203 # 6Si0_ + K ::
CO3- @ 4C0 + 17 C0 @. As can be seen from this equation, the amount of coal required for the reaction - the carbonic acid being assumed to originate from the furnace fuel - theoretically taken about 1.5% of the raw hybrid. As above crw @ ihnt. it e;
however, it is more efficient to use a larger amount of coal and thus also here an amount of coal which is 4 to 10.0 of the weight of the rolling mixture. The length of the furnace fuel can be reduced in proportion to this increase.
Since the silicate minerals containing potash often contain a substantial amount of free silicic acid in the form of quartz and consequently the so-called silicate module (the ratio between the silicic acid - 3i0 = on the one hand and the total content of sesquioxides: A1203 + Fe:,> 0a on the other hand ) often becomes a little too big, it is advisable to add small amounts of iron oxides (iron ore or the like) or substances containing earth (such as bauxite or the like) to the raw mixture.
Such processes are well known in cement chemistry.
The temperature must of course be driven so high in your present process and the firing continued for such a long time that a well-fired cement will be retained. Therefore, depending on the circumstances, temperatures of approximately 1250 ° to 1400 ° C. are required. It is also important that the temperature and the firing time are sufficient to achieve a, in practical terms, potash-free cement, because otherwise its properties will not be perfect.
The process can conveniently be carried out in ovens of the same type that are used in ordinary cement burning. The potassium carbonate escapes in the form of a finely divided smoke, which is expediently collected and recovered in such a way that the fuel gases - advantageously after cooling - are brewed in a corresponding manner in intimate contact with water, after which the potassium carbonate absorbed into the water is evaporated Solution is obtained.
When the process is carried out in shaft furnaces, the raw material must be briquetted in a suitable manner. This can expediently be achieved in such a way that the raw material, moistened with milk of lime to form a firm dough, is briquetted in a suitable manner.
You can also use electric ovens of expedient Licher design to carry out the process, but of course carbonic acid or, if the carbon content of the briquette is large enough, a sufficient amount of air must be supplied. In no case should the temperature be raised so high that the minerals melt and separate from the coal, because this would of course make any chemical reaction impossible. .